6. Термоэлектрические ип

6.1. Принцип действия термоэлектрических ИП

Принцип действия основан наэффекте Зеебека. При соединении двух разнородных проводников или полупроводников концами (рис. 6.1 а) и различной температуре концов (Т₀ Т₁) в цепи возникает термоэлектродвижущая сила Е_Т (термоЭДС).

а) б) в)

Рис. 6.1 Рис. 6.2

ТермоЭДС является функцией разности температур спаев

Е_Т= Е_АВ(Т₁) - Е_ВА(Т₂), (6.1)

и состоит из трех составляющих [13]:

1) объемной,возникающей из-за разности потенциалов на концах электродов. На горячем конце энергия носителей зарядов больше и они диффундируют к холодному. На одном конце заряды одного знака, на другом другого;

2) контактной, обусловленной зависимостью контактной разности потенциалов от температуры. При разных температурах спаев контактная разность потенциалов одного спая не компенсирует контактную разность другого;

3) фононной,которая обусловлена увлечением электронов (дырок) фононами (квантами тепловой энергии). Если в термоэлектродах есть градиент температур, то будет направленное движение фононов от горячего слоя к холодному. Фононы сталкиваются с основными носителями заряда и увлекают их за собой. При низких температурах фононная составляющая может быть в десятки и сотни раз больше первых двух.

В простейшем случае, когда цепь состоит из двух проводников или полупроводников, она называется термоэлектрическим преобразователем или термопарой. Проводники или полупроводники, составляющие термопару, называются термоэлектродами, а места их соединения - спаями. Спай термопары, воспринимающий измеряемую температуру Т₁, называется рабочим (горячим) спаем. Второго спая обычно нет, а есть два так называемых "свободных" конца (рис.6.1 б), с которых снимается термоЭДС Е_Т. Температура свободных концов Т₀.

Свойства термопары [9]:

1. При включении в цепь термопары третьего проводника С (рис. 6.1 в), концы которого находятся при одинаковых температурах Т₂, ЭДС в цепи не изменяется.

Отсюда следует, что термоэлектрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить в него дополнительные проводники и если дополнительные соединения будут при одинаковой температуре, то дополнительных термоЭДС не возникнет

Е_Т= Е_АВ(Т₁) + Е_ВС(Т₂) + Е_СВ(Т₂) + Е_ВА(Т₀) = Е_АВ(Т₁) - Е_ВА(Т₀). (6.2)

Таким образом, прибор для измерения термоЭДС может быть включен как в разрыв, так и между концами термопары.

2. ЭДС термопары является функцией температур ее спаев и не зависит от температуры других точек термопары.

3. При температуре спаев Т₁ и Т₀термоЭДС равна алгебраической сумме двух ЭДС, одна из которых возникает при температуре спаев Т₁ и Т^'₀, другая - при температурах Т^' ₀и Т₀ (рис. 6.2)

Е (Т₁,Т₀) = Е (Т₁, Т^'₀) + Е (Т^'₀,Т₀). (6.3)